1、第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)物理學物理學第五版第五版熱熱 力力 學學 基基 礎(chǔ)礎(chǔ)第第 十十 三三 章章第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)物理學物理學第五版第五版2教學基本要求教學基本要求 一一 掌握掌握內(nèi)能、功和熱量等概念內(nèi)能、功和熱量等概念 . 理理解解準靜態(tài)過程準靜態(tài)過程 . 二二 掌握掌握熱力學第一定律，熱力學第一定律，理解理解理想理想氣體的摩爾定體熱容、摩爾定壓熱容，氣體的摩爾定體熱容、摩爾定壓熱容，能能分析計算理想氣體在等體、等壓、等溫和分析計算理想氣體在等體、等壓、等溫和絕熱過程中的功、熱量和內(nèi)能的改變量絕熱過程中的功、熱量和內(nèi)能的改變量 . 第十三章第十三章 熱力學

2、基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)物理學物理學第五版第五版3 三三 理解理解循環(huán)的意義和循環(huán)過程中的能循環(huán)的意義和循環(huán)過程中的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系，會計算卡諾循環(huán)和其它簡單量轉(zhuǎn)換關(guān)系，會計算卡諾循環(huán)和其它簡單循環(huán)的效率循環(huán)的效率 . 四四 了解了解可逆過程和不可逆過程，可逆過程和不可逆過程，了解了解熱力學第二定律和熵增加原理熱力學第二定律和熵增加原理 .教學基本要求教學基本要求第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)物理學物理學第五版第五版4WEWEEQ12+E系統(tǒng)吸熱系統(tǒng)吸熱系統(tǒng)放熱系統(tǒng)放熱內(nèi)能增加內(nèi)能增加內(nèi)能減少內(nèi)能減少系統(tǒng)對外界做功系統(tǒng)對外界做功外界對系統(tǒng)做功外界對系統(tǒng)做功第一定律的符號規(guī)定第一定律的符號規(guī)定QW一、

3、熱力學第一定律一、熱力學第一定律第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)物理學物理學第五版第五版5準靜態(tài)過程功的計算準靜態(tài)過程功的計算lpSlFWdddVpWdd21dVVVpW注意：注意： 作功與過程有關(guān)作功與過程有關(guān) .第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)物理學物理學第五版第五版6)(TEE 理想氣體內(nèi)能理想氣體內(nèi)能 : 表征系統(tǒng)狀態(tài)的單值函數(shù)表征系統(tǒng)狀態(tài)的單值函數(shù) ，理想氣體，理想氣體的內(nèi)能僅是溫度的函數(shù)的內(nèi)能僅是溫度的函數(shù) .第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)物理學物理學第五版第五版7 計算各等值過程的熱量、功和內(nèi)能的計算各等值過程的熱量、功和內(nèi)能的理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ).RTpV（1）

4、（理想氣體的（理想氣體的共性共性）21dVVVpEQVpEQddd（2）解決過程中能解決過程中能量轉(zhuǎn)換的問題量轉(zhuǎn)換的問題)(TEE （3）（理想氣體的狀態(tài)函數(shù)）（理想氣體的狀態(tài)函數(shù)） （4） 各等值過程的特性各等值過程的特性 .第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)物理學物理學第五版第五版8（5）熱容熱容 比熱容比熱容TQCdd熱容熱容比熱容比熱容mCTmQcddRCCVpm,m, 可得摩爾可得摩爾定壓定壓熱容和摩爾熱容和摩爾定體定體熱容的關(guān)系熱容的關(guān)系 摩爾熱容比摩爾熱容比 m,m,VpCC第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)物理學物理學第五版第五版91、 等體過程等體過程 0d0dWV由

5、熱力學第一定律由熱力學第一定律特性特性 常量常量V),(11TVp),(22TVp2p1pVpVoTCEQVVdddm,1212m,)(EETTCQVV第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)物理學物理學第五版第五版101E2EVQ1EVQ2E),(11TVp),(22TVp2p1pVpVo 等體等體升升壓壓 12),(11TVp),(22TVp2p1pVpVo 等體等體降降壓壓 12第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)物理學物理學第五版第五版112V),(11TVp),(22TVpp1VpVo122、 等壓過程等壓過程 由熱力學第一定律由熱力學第一定律WEQpddd特性特性 常量常量p)(1

6、2VVpW 功功WTCQppddm,TCEVddm,第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)物理學物理學第五版第五版12)(12VVpW)(12TTR)(12m,12TTCEEV)(12m,TTCQpp三個量：三個量：第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)物理學物理學第五版第五版132V),(11TVp),(22TVpp1VpVo12W等等 壓壓 膨膨 脹脹2V),(11TVp),(22TVpp1VpVo12W等等 壓壓 壓壓 縮縮1E2EpQ1EpQ2E W W第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)物理學物理學第五版第五版143、 等溫過程等溫過程由熱力學第一定律由熱力學第一定律0dE恒溫熱源

7、恒溫熱源TVpWQTddd12),(11TVp),(22TVp1p2p1V2VpVoVd特征特征 常量常量T第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)物理學物理學第五版第五版15VRTp21dVVTVpWQVVRTWQVVTd2112lnVVRT21lnppRT第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)物理學物理學第五版第五版16EE12),(11TVp),(22TVp1p2p1V2VpVo等溫等溫膨脹膨脹W12),(11TVp),(22TVp1p2p1V2VpVoW等溫等溫壓縮壓縮TQTQ W W第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)物理學物理學第五版第五版17),(111TVp),(222TVp1

8、21p2p1V2VpVo4 4、 絕熱過程絕熱過程與外界無熱量交換的過程與外界無熱量交換的過程0dQ特征特征TCE,VddmVdEWdd由熱力學由熱力學第一定律第一定律0dd EW絕熱的汽缸壁和活塞絕熱的汽缸壁和活塞第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)物理學物理學第五版第五版18)TT(C,V12mEW),(111TVp),(222TVp121p2p1V2VpVoW12211VpVpW絕絕 熱熱 方方 程程TV1pVTp1常量常量常量常量常量常量第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)物理學物理學第五版第五版19),(111TVp),(222TVp121p2p1V2VpVoW絕熱絕熱膨脹膨脹)

9、,(111TVp),(222TVp121p2p1V2VpVoW絕熱絕熱壓縮壓縮1E2E1E2E W W第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)物理學物理學第五版第五版20 絕熱線的斜率大于等溫線的斜率絕熱線的斜率大于等溫線的斜率.ApBVAVApVoT0QVapTpBC常量常量5、 絕熱線和等溫線絕熱線和等溫線第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)物理學物理學第五版第五版21pVoW 系統(tǒng)經(jīng)過一系列變化狀態(tài)過程后，又系統(tǒng)經(jīng)過一系列變化狀態(tài)過程后，又回到原來的狀態(tài)的過程叫熱力學循環(huán)過程回到原來的狀態(tài)的過程叫熱力學循環(huán)過程 .由熱力學第一定律由熱力學第一定律WQ 0E特征特征6、 循環(huán)過程循環(huán)過程A

10、BAVBVcd第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)物理學物理學第五版第五版22QQQW21凈功凈功總吸熱總吸熱1Q二二 熱機效率和致冷機的致冷系數(shù)熱機效率和致冷機的致冷系數(shù)熱機（熱機（正正循環(huán)）循環(huán)）0W致冷機（致冷機（逆逆循環(huán)）循環(huán)）0W凈吸熱凈吸熱Q總放熱總放熱（取絕對值）取絕對值）2Q第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)物理學物理學第五版第五版23熱機熱機熱機效率熱機效率1212111QQQQQQW高溫熱源高溫熱源低溫熱源低溫熱源1Q2QWWpVoABAVBVcd第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)物理學物理學第五版第五版24W致冷機致冷系數(shù)致冷機致冷系數(shù)2122QQQWQe致冷致

11、冷機機高溫熱源高溫熱源pVoABAVBVcd1Q2QW低溫熱源低溫熱源第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)物理學物理學第五版第五版25 卡諾卡諾循環(huán)是由兩個準靜態(tài)循環(huán)是由兩個準靜態(tài)等溫等溫過程和過程和兩個準靜態(tài)兩個準靜態(tài)絕熱絕熱過程組成過程組成 .卡諾熱機卡諾熱機1Q2QWVop2TW1TABCD1p2p4p3p1V4V2V3V低溫熱源低溫熱源T2高溫熱源高溫熱源T121TT 7、卡諾循環(huán)過程、卡諾循環(huán)過程第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)物理學物理學第五版第五版26 理想氣體卡諾循環(huán)熱機效率的計算理想氣體卡諾循環(huán)熱機效率的計算 A B 等溫膨脹等溫膨脹 B C 絕熱膨脹絕熱膨脹 C D

12、 等溫壓縮等溫壓縮 D A 絕熱壓縮絕熱壓縮卡諾循環(huán)卡諾循環(huán)Vop2TW1TABCD1p2p4p3p1V4V2V3V21TT abQcdQ第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)物理學物理學第五版第五版271211lnVVRTQQabA B 等溫膨脹等溫膨脹吸吸熱熱4322lnVVRTQQcdC D 等溫壓縮放熱等溫壓縮放熱Vop2TW1TABCD1p2p4p3p1V4V2V3V21TT abQcdQ第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)物理學物理學第五版第五版28 D A 絕熱過程絕熱過程214111TVTVB C 絕熱過程絕熱過程 132121VTVT4312VVVV所以所以Vop2TW1T

13、ABCD1p2p4p3p1V4V2V3V21TT abQcdQ第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)物理學物理學第五版第五版2912431212lnln11VVVVTTQQ121TT 卡諾熱機效率卡諾熱機效率 卡諾熱機效率與工卡諾熱機效率與工作物質(zhì)無關(guān)，只與兩個作物質(zhì)無關(guān)，只與兩個熱源的溫度有關(guān)，兩熱熱源的溫度有關(guān)，兩熱源的溫差越大，則卡諾源的溫差越大，則卡諾循環(huán)的效率越高循環(huán)的效率越高 . 第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)物理學物理學第五版第五版30Vop2TW1TABCD21TT 高溫熱源高溫熱源T1卡諾致冷機卡諾致冷機1Q2QW 卡諾致冷機（卡諾逆循環(huán)）卡諾致冷機（卡諾逆循環(huán)）卡諾

14、致冷機卡諾致冷機致冷致冷系數(shù)系數(shù)212212TTTQQQe2Q1Q低溫熱源低溫熱源T2第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)物理學物理學第五版第五版31 圖中兩卡諾循環(huán)圖中兩卡諾循環(huán) 嗎嗎 ？2121212T1T2W1W21WW poV討討 論論poV2T1T2W1W3T21WW 第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)物理學物理學第五版第五版32 1 開爾文說法開爾文說法 不可能制造出這樣一種不可能制造出這樣一種循環(huán)循環(huán)工作的熱工作的熱機，它只使機，它只使單一單一熱源冷卻來做功，而熱源冷卻來做功，而不不放放出熱量給其它物體，或者說出熱量給其它物體，或者說不不使使外界外界發(fā)生發(fā)生任何變化任何變化

15、 . 二、二、 熱力學第二定律熱力學第二定律第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)物理學物理學第五版第五版33 2 克勞修斯說法克勞修斯說法 不可能把熱量從低溫物體不可能把熱量從低溫物體自動自動傳到傳到高溫物體而高溫物體而不不引起引起外界的變化外界的變化 .第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)物理學物理學第五版第五版34非非自發(fā)傳熱自發(fā)傳熱自發(fā)傳熱自發(fā)傳熱高溫物體高溫物體低溫物體低溫物體 熱傳導熱傳導 熱功轉(zhuǎn)換熱功轉(zhuǎn)換完全完全功功不不完全完全熱熱 自然界一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實際宏觀過自然界一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實際宏觀過程都是不可逆的程都是不可逆的 . 熱力學第二定律的熱力學第二定律的實質(zhì)實質(zhì)無序

16、無序有序有序自發(fā)自發(fā)非均勻、非平衡非均勻、非平衡均勻、平衡均勻、平衡自發(fā)自發(fā)第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)物理學物理學第五版第五版35 ( (1) ) 在在相同相同高溫熱源和低溫熱源之間工高溫熱源和低溫熱源之間工作的任意工作物質(zhì)的作的任意工作物質(zhì)的可逆機可逆機都具有都具有相同相同的的效率效率 . 三、三、 卡諾定理卡諾定理 ( (2) ) 工作在工作在相同相同的高溫熱源和低溫熱的高溫熱源和低溫熱源之間的一切源之間的一切不不可逆機的效率都可逆機的效率都不可能不可能大大于可逆機的效率于可逆機的效率 .第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)物理學物理學第五版第五版36以卡諾機為例，有以卡諾機

17、為例，有( 不可逆不可逆機機 )（可逆可逆機機）121121 TTTQQQ第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)物理學物理學第五版第五版37無限小可逆過程無限小可逆過程TQSdd 熵的單位熵的單位J/KBAABTQSSd 可逆過程可逆過程 第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)物理學物理學第五版第五版38四、四、 熵增加原理：熵增加原理： 孤立系統(tǒng)中的熵永不減少孤立系統(tǒng)中的熵永不減少. 孤立系統(tǒng)孤立系統(tǒng)不可逆不可逆過程過程0S孤立系統(tǒng)孤立系統(tǒng)可逆可逆過程過程0S 孤立系統(tǒng)中的孤立系統(tǒng)中的可逆可逆過程，其熵不變；過程，其熵不變；孤孤立系統(tǒng)中的立系統(tǒng)中的不可逆不可逆過程，其熵要增加過程，其熵要增加

18、 .0 S第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)物理學物理學第五版第五版39 熱力學第二定律亦可表述為熱力學第二定律亦可表述為 ：一切一切自發(fā)過程總是向著熵增加的方向進行自發(fā)過程總是向著熵增加的方向進行 .熵增加原理與熱力學第二定律熵增加原理與熱力學第二定律第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)物理學物理學第五版第五版40 例例1 設有設有 5 mol 的氫氣，最初溫度的氫氣，最初溫度 ，壓強壓強 ，求下列過程中把氫氣壓縮，求下列過程中把氫氣壓縮為原體積的為原體積的 1/10 需作的功需作的功: （1）等溫過程等溫過程（2）絕熱過程絕熱過程 （3）經(jīng)這兩過程后，氣體的經(jīng)這兩過程后，氣體的壓強各

19、為多少？壓強各為多少？Pa10013. 15C201T2T121p2p1V10122VVVpVo2p12TT 0QT 2常量常量第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)物理學物理學第五版第五版41 解解 （1）等溫過程等溫過程J 1080. 2ln41212VVRTW（2）氫氣為雙原子氣體氫氣為雙原子氣體由表查得由表查得 ，有，有41. 1K 753)(12112VVTT 已知：已知： 0500 1 . 0 Pa 10013. 1K 293 mol 5VVP T1T2T121p2p1V10122VVVpVo2p12TT 0QT 2常量常量第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)物理學物理學第五版第

20、五版42)(12,12TTCWmV11,KmolJ 44.20mVCJ1070. 4412W（3）對等溫過程對等溫過程Pa 1001.1)(62112VVpp對絕熱過程，對絕熱過程， 有有Pa 1055. 2)(62112VVpp1T2T121p2p1V10122VVVpVo2p12TT 0QT 2常量常量第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)物理學物理學第五版第五版43 例例2 一汽缸內(nèi)有一定的水，缸壁由一汽缸內(nèi)有一定的水，缸壁由良良導導熱材料制成熱材料制成. 作用于活塞上的壓強作用于活塞上的壓強 摩擦不計摩擦不計. 開始時，活塞與水面接觸開始時，活塞與水面接觸. 若環(huán)境若環(huán)境 (熱源熱源)

21、 溫度非常緩慢地升高到溫度非常緩慢地升高到 . 求把單求把單位質(zhì)量的水汽化為水蒸氣，內(nèi)能改變多少位質(zhì)量的水汽化為水蒸氣，內(nèi)能改變多少?Pa 10013. 15C100已知已知 汽化熱汽化熱16kgJ 1026. 2L密度密度3mkg 040 1水3mkg 598. 0蒸氣第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)物理學物理學第五版第五版44解解 水汽化所需的熱量水汽化所需的熱量mLQ 水汽化后體積膨脹為水汽化后體積膨脹為)11(水蒸氣mV水水水蒸氣水蒸氣 熱源熱源C100mp16kgJ 1026. 2L3mkg 040 1水3mkg 598. 0蒸氣第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)物理學物理學第五版第五版45)11(水蒸氣pmmLWQE16kgJ 1009. 2)11(水蒸氣pLmE)11(d水蒸氣pmVpVpW第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)物理學物理學第五版第五版46 例例 1 汽油機可近似看成如圖循環(huán)過程汽油機可近似看成如圖循環(huán)過程( (Otto循環(huán)循環(huán)) )，其中，其中AB和和CD為絕熱過程，求為絕熱過程，求此循